8947

1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина

ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. ОЗОНИРОВАНИЕ В ВОДОПОДГОТОВКЕ.

РАСЧЕТ И ПОДБОР ОЗОНАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта

для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

Нижний Новгород

2022

3

УДК 628.16

Васильев А.Л. / Очистка природных вод. Озонирование в водоподготовке. Расчет и подбор озонаторного оборудования: учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 59 с. – Текст: электронный.

В учебно-методическом пособии излагаются сведения об оборудовании, применяемом для получения озоно-воздушной смеси на водопроводных станциях. Рассмотрены вопросы аппаратурного оформления, а также расчет и подбор озонаторного оборудования.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.

© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко

М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………...5

1.Озон и его свойства………………………………………………………….5

2.Получение озоно-воздушной смеси. Схема синтеза озона……………...7

3.Аппаратурное оформление процесса озонирования………………………8

3.1.Блок компремирования………………………………………………….10

3.2.Аппаратура для воздухоподготовки…………………………………….10

3.2.1.Воздухосборники……………………………………………………….10

3.2.2.Влагоотделители ФВОВ……………………………………………...12 3.2.3. Холодильные машины………………………………………………...14 3.2.4. Осушители воздуха…………………………………………………….16 3.3. Классификация оборудования для производства озона……………….19

3.3.1.Термины и определения …………………………………………….....19

3.3.2Сырье для производства озона ………………………………………...21

3.4. Озонаторы ООО «Курганхиммаш»…………………………………….21 3.4.1. Промышленные озонаторы «П»……………………………………….21

3.4.2 Система контроля и управления промышленных озонаторов «П»….38

3.4.3.Диспергаторы «Д-300» …………………………………………….

4.Аппараты смешения озоно - воздушной смеси с водой………………29

5.Аппараты каталитического разложения озона…………………...............36

6.Расчет и подбор озонаторного оборудования…………………………….44

6.1.Расчет и подбор блоков компремирования, воздухоподготовки и озонаторов…………………………………………………………………..44

6.2.Расчет и подбор контактной камеры озонирования барботажного типа…………………………………………………………………………….45

6.3.Расчет эжектора………………………………………………………...48

7.Требования, предъявляемые при проектировании озонаторных станций.

Арматура, материалы…………………………………………………………55

Cписок литературы……………………………………………………………58

5

Введение

Озонирование является одним из наиболее перспективных методов глубокой очистки природных и сточных вод. Эффективность озонирования в технологических процессах подготовки питьевой воды доказана многолетней практикой применения этого метода в производственных условиях. За последние годы озонирование широко внедряется в процессы очистки промышленных сточных вод. Обладая высоким окислительным потенциалом, озон обеспечивает возможность решения широкого круга технологических задач по окислению минеральных и органических загрязнений -

обесцвечиванию, дезодорации и обеззараживанию. Комплексный характер воздействия озона на минеральные и органические загрязнения воды позволяет успешно решать сложные вопросы доочистки промстоков с обеспечением их повторного использования в технологических процессах, очистки природной воды от цветности, привкусов и запахов, органических загрязнителей, попадающих в водоемы со сточными водами и в результате смыва с сельскохозяйственных угодий и т.д.

В методических указаниях даны рекомендации по расчету и подбору технологического оборудования, предназначенного для очистки природных вод озонированием.

1. Озон и его свойства

Озон (О3) – простое вещество (аллотропная форма кислорода) с характерным запахом, обладающее высокой окисляющей способностью, дезинфицирующими и дезодорирующими свойствами. Международный регистрационный номер озона № CAS 10028-15-6. Вследствие особенностей молекулярного строения, озон нестабилен: под действием тепла или при соприкосновении с органическими веществами он разлагается с образованием кислорода, уничтожая в результате окисления различные микроорганизмы. Он воздействует как на окислительно-восстановительную систему

6

бактерий, так и на их протоплазму. Этим можно объяснить его стерилизу-

ющие и дезинфицирующие свойства.

В таблице 1 показана сравнительная эффективность действия озона и других окислителей на загрязнители, присутствующие в природной воде.

Таблица 1

++ – удовлетворительное действие; + – малое действие; 0 – не действует

Таблица 2

Сравнение озона по электрохимическому окислительному по-

тенциалу (ЭОП) с другими окислителями

7

В таблице 3 показан специфический коэффициент летальности мик-

роорганизмов при действии озона и других дезинфицирующих средств при температуре воды 5 .

Чистый озон взрывоопасен. При концентрации его в озоно-

воздушных и кислородо-озонных смесях до 180 г/м3 абсолютно безопасен при любых воздействиях: нагрев, удар, реакция со следами органических соединений.

Озон относится к веществам 1 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-

76, который устанавливает предельно-допустимую концентрацию (ПДК)

озона в рабочей зоне 0,1 мг/м3.

2. Получение озоно-воздушной смеси. Схема синтеза озона

Практическое значение имеют три основные системы получения озона:

-работающая на воздухе;

-работающая на воздухе, обогащенном кислородом;

-работающая на кислороде.

В каждом конкретном случае с учетом местных условий, стоимости производства кислорода, транспортных расходов, экономических показа-

8

телей по установке в целом решается вопрос об использовании той или иной системы. Наиболее широко применяется система, работающая на воздухе. Ее и рассмотрим подробнее.

Процесс получения и дальнейшего использования озона традицион-

но разбивается на четыре этапа:

1)компремирование воздуха;

2)очистка и обезвоживание воздуха;

3)синтез озона;

4)растворение озона в воде.

От совершенства технического решения этих четырех этапов, типа применяемого оборудования зависит надежность, долговечность и эконо-

мичность работы озонирующих установок. Так как эффективность работы аппаратов, вырабатывающих озон, зависит от качества поступающего газа,

то последний должен быть обеспылен по 1 классу, не должен содержать паров масла, должен быть осушен до точки росы - 50 - 55°С.

3. Аппаратурное оформление процесса озонирования

Отечественная промышленность выпускает все необходимое обору-

дование для обеспечения эффективной работы озонаторных станций. Ниже приводятся данные по серийному оборудованию, выпускаемому основным производителем озонаторного оборудования ОАО "Курганхиммаш" г.

Курган [1,2].

Общие требования при выборе типа промышленного оборудования должны сводиться к следующим положениям:

1.Обеспечение надежности работы установки и техники безопасно-

сти при ее эксплуатации.

9

2.Использование возможности максимальной автоматизации уста-

новки.

3.Получение оптимальных технико-экономических показателей ра-

боты установки в целом.

Типовая схема синтеза озона и озонирования воды включает глуши-

тель шума с фильтром, компрессор с концевым холодильником, влагоот-

делитель, холодильную машину, блок осушки воздуха, ресиверы сжатого и осушенного воздуха, озонатор, контактный аппарат, а также аппарат раз-

ложения остаточного озона (рис. 1).

Рис.1. Типовая схема синтеза озона и озонирования воды

1 – глушитель; 2 – воздушный фильтр; 3 – компрессор; 4 – концевой холодильник; 5 – воздухосборник; 6 – теплообменник; 7 – влагоотделитель; 8 – блок осушки воздуха; 9 – регулятор давления; 10 - генератор озона; 11 – контактная камера; 12 – нейтрализатор озона; 13 – пост контроля загазованности; 14 – система диспергации; 15 – пост контроля выброса в атмосферу; 16 – вентилятор; 17 – атмосферный воздух; 18 – очищенный воздух; 19 – озоно-воздушная смесь; 20 – отработанная озоно-воздушная смесь; 21 – озоно-воздушная смесь после разложения

10

3.1. Блок компремирования

Для подачи воздуха в напорных схемах целесообразно использовать компрессоры, обеспечивающие отсутствие в газовой смеси смазочных ма-

териалов. Характеристика устройств приведена в табл.1.

Таблица 4

Техническая характеристика стационарных поршневых компрессоров

Аппараты оборудованы автоматикой защиты и сигнализации по ос-

новным его параметрам.

Кроме шкафа управления в комплект входит концевой холодильник ХПК, предназначенный для охлаждения воздуха от 140 до 30ºС. В случае отсутствия в комплекте холодильника ХПК можно применить в их каче-

стве теплообменники ТАК. Для сглаживания пульсаций в воздушной сме-

си после компрессора и концевого холодильника устанавливается ресивер.

3.2. Аппаратура для воздухоподготовки

3.2.1. Воздухосборники

Воздухосборники (ресиверы) предназначены для выравнивания дав-

ления сжатого воздуха, смягчения пульсаций, а также для обслуживания системы автоматического регулирования производительности компрессора

(рис.2). Для хранения запасов подготовленного осушенного воздуха вто-